Inviato il: settembre 2019

Scritto da: Conan Y. Zhao, Quantitativa BioSciences studente laureato, Georgia Tech e Sam P. Brown, PhD, Professore Associato, Georgia Tech, e Alison Laufer Halpin, PhD, Direttore Associato, Ufficio per l’Innovazione Scientifica e l’Integrazione, CDC

i fornitori di assistenza Sanitaria in grado di affrontare due crescente crisi che riguardano la loro capacità di trattare le infezioni batteriche: la resistenza agli antibiotici e croniche (di lunga durata) infezioni.

Una combinazione difficile per gli operatori sanitari e i pazienti sono le infezioni croniche causate da germi resistenti agli antibiotici.

Attraverso un progetto con CDC, il Brown Lab della Georgia Tech ha sviluppato nuovi approcci per studiare i microbiomi polmonari dei pazienti con fibrosi cistica (CF), che spesso hanno infezioni croniche. Questo lavoro contribuirà a migliorare i trattamenti per questi pazienti.

Le infezioni croniche sono malattie persistenti che devono essere trattate a lungo prima che l’infezione si schiarisca.

I pazienti con fibrosi cistica (CF) sono particolarmente a rischio di infezioni croniche. Uno dei tratti della CF è l’accumulo di uno spesso strato di muco che ricopre l’interno dei polmoni, chiamato espettorato. Molti tipi di batteri commensali (non patogeni) e nocivi possono sopravvivere in questo ambiente, mettendo continuamente i pazienti con CF a rischio di infezioni polmonari. A causa di queste infezioni, i pazienti CF sono esposti a più antibiotici.

Valutazione del microbioma polmonare

Il microbioma è una comunità di germi presenti in natura. Gli antibiotici possono disturbare (sbilanciare) i microbiomi modificando la composizione naturale dei batteri commensali e nocivi. Con un microbioma interrotto, i batteri che causano malattie resistenti agli antibiotici possono prendere il sopravvento e causare infezioni.

Un certo numero di studi hanno trovato connessioni tra la struttura del microbioma del polmone e la funzione del polmone (cioè, quanto bene funzionano i polmoni). Ad esempio, la presenza di germi patogeni (che causano malattie) è associata a una salute più povera.

Questi studi suggeriscono il ruolo centrale che i germi non patogeni (non patogeni) possono avere per aiutare a mantenere la funzione polmonare. Tuttavia, devono ancora rispondere se questi germi-per lo più germi orali commensali in bocca, naso o gola—sono indicatori di una migliore salute o aiutano attivamente a tenere a bada i germi patogeni nell’ecosistema del microbioma polmonare.

Per rispondere a questa domanda chiave, il laboratorio Brown ha costruito un modello sperimentale icona esterna del microbioma infezione polmonare CF. Una ricetta” espettorato sintetico ” imita l’espettorato trovato nei polmoni dei pazienti con CF. Il laboratorio aggiunge combinazioni definite di fino a 12 specie batteriche al modello.

Insieme, queste 12 specie batteriche rappresentano oltre il 90% della comunità batterica all’interno dei polmoni delle persone con CF. La metà di questi germi sono germi patogeni comuni (che causano malattie) (ad esempio, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa). Il resto dei batteri sono per lo più germi orali non patogeni che si trovano spesso nei polmoni delle persone con CF.

I risultati del modello supportano l’idea che specifici germi orali siano in grado di rallentare la crescita di germi che causano malattie all’interno del polmone CF. Tuttavia, quando aggiungiamo antibiotici che sono comunemente usati per trattare i pazienti con CF, questi germi orali “protettivi” vengono rapidamente spazzati via. Ciò consente a tutti i germi esistenti che causano malattie resistenti agli antibiotici di crescere, assumere e causare malattie.

Personalizzazione dei trattamenti

Migliorare la prescrizione e l’uso di antibiotici è fondamentale per trattare efficacemente le infezioni, proteggere i pazienti dai danni causati dall’uso di antibiotici non necessari e combattere la resistenza agli antibiotici.

Utilizzando i dati del microbioma e modelli matematici del microbioma polmonare CF, il laboratorio Brown sta imparando di più su come ogni specie batterica colpisce l’un l’altro, e la loro capacità di resistere agli antibiotici. Armati di queste informazioni, il laboratorio sta facendo previsioni e testandoli con l’obiettivo di migliorare la selezione e i trattamenti antibiotici.

Da lì, il laboratorio può sviluppare nuove strategie di trattamento personalizzate che combinano antibiotici e, potenzialmente, probiotici (batteri vivi non patogeni che sono generalmente riconosciuti come sicuri ) che sono adattati al profilo di infezione e microbioma dell’individuo.